天津三石峰科技——汽车生产厂的设备振动检测项目案例

汽车产线有很多传动设备需要长期在线运行，会出现老化、疲劳、磨损等
问题，为了避免意外停机造成损失，需要加装一些健康监测设备，监测设备运
行状态。天津三石峰科技采用 12 通道振动信号采集卡（下图 1）对北方某车厂
设备进行了数据采集和分析，发现了设备存在的一些健康问题。
电机的额定转速为 1480r/min，采样率为 1024，采样长度为 4096。现场共
安装四个加速度传感器，分别位于电机的首尾两端，安装方向均为垂直和水平
方向。四个加速度传感器通过 12 通道采集卡+4G 路由器，将传感器数据传输到
振动云平台。上传周期为 30 分钟发送一次数据，对通过传回的数据对风机进行
故障诊断。

图 1 现场电机图
采集的原始信号为加速度信号，驱动端原始信号波形图如图 2 所示。

图 2 加速度信号波形图
红色箭头的两个冲击间隔时间为 2.31738-2.26074=0.05664s，转换频率为
1/0.05664=17.65Hz ， 即 转 频 约 为 17.65Hz 。 即 可 获 取 转 速 约 为
17.65*60=1059r/min。接下来，对加速度信号进行傅里叶变换，得到加速度信
号的频谱如图 3 所示。

图 3 加速度频谱图
对图 2 加速度频谱图进行阶次分析得到一倍频为 17.75hz，二倍频为
35.25hz，三倍频为 53hz，分析结果与时域分析一致，确定转速为 1059r/min。
通过频谱分析发现在驱动端水平方向二倍频的幅值高于一倍频,且出现了高次谐 波， 根据频谱初步判断出现了转子不对中的故障 。 但是频谱在 11.5HZ 与 23HZ
处存在峰值，且呈倍数出现，初步判断为传送带另一端的一倍频与二倍频，根
据峰值分析一倍频振动占主要成分， 判断传送带另一端可能存在不平衡故障 。
判断不对中故障的最有效的方法是观察联轴器两侧的振动相位，由于传感
器安装在电机驱动端的水平和垂直方向，所以只能读取电机驱动端的水平和垂
直方向的数据加以判断， 所求相位谱如图 4 所示，发现相位差接近 180°(±
40°～50°)，则大概率说明存在转子不对中故障。

图 4 相位频谱图
接下来对原始加速度信号进行二次积分得到位移信号，位移信号如下图 5
所示。通过对位移信号波形图分析发现，电机在振动时会有 2mm 的偏移，通过
绘制位移分量的轴心轨迹图，可以直观地观察到振动信号的运动路径和振动幅
度的变化。

图 5 位移信号波形图
正常的轴心轨迹应该是一个较为稳定的、长短轴相差不大的椭圆。不对中
时，轴心轨迹为月牙状、香蕉状，严重时为 8 字形。取其中一个周期的数据，
绘制的轴心轨迹图如图 6 所示。通过轴心轨迹图可以看出， 轴心轨迹呈现 8 字
形，进一步确定可能存在转子不对中故障，同时也存在的转动部件松动、转子
轴弯曲故障以及皮带磨损松动的可能性。

图 6 轴心轨迹图